JP2002354839A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の信頼性を確保しつつ、高速スイッチン
グ素子の高電圧大容量化に適応して、小型で安価な電力
変換装置を提供する。 【解決手段】 電力変換装置に収納する単位インバータ
ユニット２０には、高速スイッチング素子９及びゲート
基板２８を備えたパワーモジュール８を収納するユニッ
トシャーシ３９と、ゲート分配基板２３を有するパネル
４０とを同一の構造体として設け、ゲート信号をスイッ
チングノイズから保護するためゲート基板２８とゲート
分配基板２３との間を光ケーブル４５で接続して光信号
として伝送し、ゲート分配基板２３とコントロール基板
とはゲートケーブル５１で接続する。これにより、複数
のユニットに同一長さの光ケーブルを用いることで量産
効果による低廉化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高電圧の電力変換装
置に係わり、特に小型、低廉化と信頼性向上を図った電
力変換装置の配置構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力変換装置においては、小型、高性
能、安価といった市場ニーズに応えるため、ＩＧＢＴな
どの高速スイッチング素子の利用が一般化すると共に、
高速スイッチング素子の高電圧大容量化、および素子の
多重多並列化技術の確立によって、高電圧で大容量の電
力変換装置が開発されている。

【０００３】また、主回路を構成する高速スイッチング
素子やコンデンサなどの電気部品が装置の高電圧大容量
化に伴って大型化、あるいは多重多並列化することに対
応して、保守や組み立てのしやすさの考慮から、必要に
応じ電気回路を任意の単位に分割してユニットを構成し
装置に収納する方法が一般に用いられている。

【０００４】さらに、主回路電位である高速スイッチン
グ素子のゲート電圧と制御電位である高速スイッチング
素子のゲート制御回路を電気的に絶縁して接続する必要
と、ゲート電圧を主回路のノイズなどの電気的なノイズ
の影響から保護する必要から、ゲート信号の伝達に電気
信号を光信号に変換して接続する光ケーブルを用いる手
法が一般化している。

【０００５】図６は、パッケージタイプの高速スイッチ
ング素子を用いて構成した単位インバータユニット２０
を、多重多並列に組み合わせて高電圧インバータを構成
した電力変換装置の一例である。この例では、単位イン
バータユニット２０を３段収納したインバータ収納盤２
１を横方向に３面並べ、その右側に制御盤２２を配置し
ている。単位インバータユニット２０の上部には、光コ
ネクタ１０を備えたゲート分配基板２３を備える。制御
盤２２の内部には、ゲートコントロール基板２４と、光
コネクタ１０を備えた光信号分配基板２５を備える。

【０００６】ゲートコントロール基板２４で生成された
ゲート信号は、ゲートコントロール基板２４から低圧の
信号ケーブル２６を介して光信号分配基板２５に送られ
る。光信号分配基板２５で光信号に変換されたゲート信
号は、光ケーブル１１を介して、各単位インバータユニ
ット２０に備えたゲート分配基板２３に伝送される。

【０００７】図７は、前記単位インバータユニット２０
の内部構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側
面図である。単位インバータユニット２０は箱状のユニ
ットシャーシ２７を外郭として備え、内部に４個の高速
スイッチング素子９と、この高速スイッチング素子９を
冷却する冷却フィン２９と、高速スイッチング素子９の
上部に備えた前記ゲート分配基板２３、及び他の電気器
具から構成されている。

【０００８】光ケーブル１１を介してゲート分配基板２
３に伝送されたゲート信号は、光信号から電気信号に再
変換され、ツイストペア電線１２を介して高速スイッチ
ング素子９に伝達される。

【０００９】図８は、高電圧大容量の高速スイッチング
素子９を用いて高電圧インバータを構成した電力変換装
置の他の一例である。この例では、インバータユニット
２７を３段収納するインバータ収納盤２１とその右側に
設けた制御盤２２とで構成される。

【００１０】制御盤２２の内部には、ゲートコントロー
ル基板２４と、光コネクタ１０を備えた光信号分配基板
２５とを備える。

【００１１】インバータユニット２７は４個の平型の高
速スイッチング素子９を、他の素子や主回路導体、冷却
フィンとともに直線状に並べて圧接したスタックと、ス
ナバ回路等を構成する他の電気部品で構成されている。
高速スイッチング素子９の近傍には、それぞれに光コネ
クタを備えたゲート基板２８を備える。

【００１２】図８において、制御盤２２に備えたゲート
コントロール基板２４で生成されたゲート信号は、ゲー
トコントロール基板２４から低圧の信号ケーブル２６を
介して光信号分配基板２５に送られる。光信号分配基板
２５で光信号に変換されたゲート信号は、光ケーブル１
１を介して、各インバータユニット２７に備えたゲート
基板２８に伝送される。ゲート基板２８に伝送されたゲ
ート信号は、光信号から電気信号に再変換され、ツイス
トペア電線１２を介して高速スイッチング素子９に伝達
される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような電力変換
装置において、高速スイッチング素子におけるゲート信
号の電圧は１５Ｖ程度であるため、主回路のノイズに影
響されやすい。このため、従来から各高速スイッチング
素子の基準電位であるエミッタ電位とゲート電位をツイ
ストペアにして配線する方法や、ゲート電位をエミッタ
電位で覆うシールド線を用いる方法などを用いている。

【００１４】また、制御電位である高速スイッチング素
子のゲート制御回路を構成するゲートコントロール基板
も、主回路から隔離するために接地電位の筐体で囲われ
た制御盤内に設けることが一般的である。

【００１５】図６及び図７に示した構成の単位インバー
タユニット２０内部のゲート信号の伝達において、ゲー
ト分配基板２３と高速スイッチング素子９との物理的距
離が比較的短い。このため、エミッタ電位とゲート電位
をツイストペアにして配線するツイストペア電線１２を
用いている。ゲート分配基板２３にはゲートコントロー
ル基板２４から光ケーブル１１を接続する。このためゲ
ート分配基板２３の物理的位置は、装置の保守面（本例
では装置前方）の接続作業が容易な位置に限定される。

【００１６】一方、装置を構成する電気部品の冷却にお
いて本例のような風冷の装置では、他の電気部品に比べ
て発熱量の大きい高速スイッチング素子９は、発熱によ
るユニット内に備えた他の電気部品への影響を少なくし
ようとして、装置内部での物理的配置を冷却風経路の風
下に配置する。昨今では、装置の設置スペースを縮小し
たいという市場要求から装置を前面保守とする場合が多
く、前述の風下側は保守面から見て遠い位置となること
が多い。更に高電圧大電流化した高速スイッチング素子
は物理的形状が大きくなる。

【００１７】上述の理由から、ゲート分配基板２３と高
速スイッチング素子９との物理的距離は拡大する傾向に
ある。主回路ノイズの影響は電圧が高くなるほど顕著と
なり、またゲート分配基板２３と高速スイッチング素子
９とを接続する電気的なゲート配線は長くなるにつれて
主回路ノイズの影響を強く受ける。このため、高電圧大
電流化した高速スイッチング素子を利用する場合、上述
の方法はゲート信号に対する主回路ノイズの影響を考慮
すると好ましくない。

【００１８】また、図６及び図７に示した構成におい
て、単位インバータユニット２０に備えたゲート分配基
板２３と光信号分配基板２５との接続は光ケーブル１１
を用いている。光ケーブルは絶縁物でありまた電気信号
に依らず光を用いて信号を伝送するため主回路ノイズな
どの電気的な影響を受けない。このため電線と比較して
電気ノイズに強いといったメリットがあり、本例のよう
に盤間をまたいだ長いゲート配線に光ケーブルを用いる
ことは電気ノイズの影響を排除する上で好ましい。

【００１９】一方、輸送や、設置における制約から列盤
間を分割する場合や、保守のために単位インバータユニ
ット２０を装置から取り外す場合は、光ケーブル１１の
取り外しと再配線が必要となる。光ケーブルは電線との
比較の上で、物理的に折れやすく、また受光部の汚れな
どで性能が著しく低下するという信頼性の上で好ましく
ない特徴を持つ。

【００２０】さらに、光ケーブルは曲げ半径を大きくす
る必要から配線スペースが比較的大きくなり、装置の小
型に対する市場の要求に反する。また光ケーブルは電線
と比較して高価であり、本例のように配線長が長いとい
うのは装置の低価格化という市場ニーズに相反する。

【００２１】さらに、本例ではゲートコントロール基板
２４と各ユニットのゲート分配基板２３との距離がそれ
ぞれのユニットごとに異なるために、光ケーブルの長さ
を一定にできないことから製造上の量産効果を得ること
ができず、装置の低廉化を妨げる。

【００２２】図８は、上述の問題点をふまえて開発され
た装置である。

【００２３】すなわち、図６に示したような単位インバ
ータの多重多並列構成で得ていた容量を、高電圧大電流
化された高速スイッチング素子９を用いて確保してユニ
ット数を削減している。さらに、高速スイッチング素子
９の高圧大電流化に依る物理的距離の増大に伴うゲート
電位への影響を軽減するために、高速スイッチング素子
９の近傍にゲート基板２８を設け、光信号分配基板２５
との間を光ケーブル１１で接続している。

【００２４】本例に依れば、ゲート信号の伝送経路にお
いて主回路電位の影響を受ける電気的配線は、ゲート基
板２８と高速スイッチング素子９の間のツイストペア電
線１２のみであり、電気信号の配線を最短にして、主回
路電位の影響が軽減できる。

【００２５】一方、個々の高速スイッチング素子９それ
ぞれに光ケーブル１１を接続する必要がある。このため
インバータユニット２７を保守するために取り外すこと
や、装置組み立ての作業性を考慮すると、必然的に、ゲ
ート基板２８を保守面である装置前方に向けることとな
る。このため、インバータユニット２７を収納する装置
の横幅が長くなる。

【００２６】一般的に市場に於いては、奥行きに比べて
横幅を縮小する事が要求されることが多く、本構成は好
ましくない。

【００２７】さらに、本例に於いても、輸送や、設置に
おける制約からインバータ収納盤２１と制御盤２２の列
盤間を分割する場合や、保守のためにインバータユニッ
ト２７を装置から取り外す場合は、光ケーブル１１を外
して、再度配線する必要があり、図６における説明同
様、信頼性の上で好ましくないといえる。

【００２８】さらに、比較的高価である光ケーブルの配
線長が長くなって、低価格化という市場ニーズに相反す
る。さらに、ゲートコントロール基板２４側からみた各
ユニット２７のゲート基板２８の距離がそれぞれ異なる
ために、量産効果を得られず、装置の低廉化を妨げる。

【００２９】図９は、図８で示したような平型の高速ス
イッチング素子９の高電圧大電流化に依ってインバータ
を構成するユニット数を削減しさらに、高速スイッチン
グ素子９の高圧大電流化に依る物理的距離の増大に伴う
ゲート電位への影響を軽減するために、高速スイッチン
グ素子９の近傍にゲート基板２８を設け、光信号分配基
板２５との間を光ケーブル１１で接続する構成を、使い
やすいパッケージタイプの高速スイッチング素子９を用
いて構成した場合を示す図である。

【００３０】図９において、高速スイッチング素子９は
高電圧大容量化によって外形が大きくなっている。更
に、高速スイッチング素子９の熱密度の増大に対応して
大容量冷却器３０を備えている。また、大容量冷却器３
０の平板状の凝縮部３１の向かい合った２つの平板面に
はそれぞれに高速スイッチング素子９とゲート基板２８
を配置している。また高速スイッチング素子９近傍には
ゲート基板２８を備える。

【００３１】図９に示すインバータユニットをインバー
タ収納盤２１に収納する場合には以下の問題がある。図
９の矢視Ａのごとく凝縮部３１のいずれか一面を装置前
方に向けると、凝縮部３１を介して反対側となる面に備
えたゲート基板は、平板状の凝縮部３１の陰となってし
まう。光ケーブルを接続する場合、前記の陰となるゲー
ト基板を直接視認して作業を行えないため、接続が難し
くまた接続の確認に手間がかかる。一方、前記凝縮部３
１を図９の矢視Ｂのごとく装置前面に対して垂直方向に
向けると、奥側となるゲート基板２８が保守面から遠く
なり、光ケーブルの接続が困難となるとともに、接続の
確認に手間がかかる。

【００３２】市場における良好な保守性への要求と、装
置の信頼性を考慮すると、上述の装置は構成として好ま
しくない。

【００３３】本発明の目的は、装置の信頼性を確保しつ
つ、高速スイッチング素子の高電圧大容量化に適応し
て、小型で安価な電力変換装置を提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、筐体に収納した複数個の電力変換ユニットと、コン
トロール基板とを有する電力変換装置に於いて、電力変
換ユニットは、複数の高速スイッチング素子と、複数の
高速スイッチング素子のそれぞれに対に備えかつ近傍に
配置したゲート基板を備えて構成するパワーモジュール
と、パワーモジュールを収納するシャーシと、シャーシ
の近傍に配置しシャーシと同一の構造体として構成した
電気的に接地電位又は所定の基準電位に固定されたパネ
ルと、パネルに取り付けられたゲート分配基板とを備
え、ゲート基板には高速スイッチング素子に電気信号に
よるゲート信号を与えるための電気信号端子と、光信号
によるゲート信号を受けるための光端子と、光信号を電
気信号に変換する光・電気変換回路とを備え、ゲート分
配基板には、コントロール基板と接続して電気信号を受
ける電気信号端子と、光信号によるゲート信号を発信す
るための光端子と、電気信号を光信号に変換する電気・
光変換回路とを備え、複数のゲート基板の光端子とゲー
ト分配基板の光端子とを、光ケーブルを用いて接続する
ことを特徴とする。

【００３５】従って、電力変換ユニット内部に於いて、
ノイズの影響を受けやすい高速スイッチング素子のゲー
ト信号の電気的配線長を短くして、高電圧化が進む主回
路のスイッチングノイズから保護して信頼性を向上させ
ると共に、光ケーブルを物理的構成の等しい複数のユニ
ットに用いることで同一長さの光ケーブルを多く使用し
量産効果による低廉化と、輸送や保守における光ケーブ
ルの取り外しや再配線を無くすことによる信頼性の向上
を併せ持つことを可能とする。

【００３６】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の電力変換装置において、パワーモジュールとゲート
分配基板とを遮蔽する導電性の金属から成る遮蔽板を備
え、遮蔽板の電位を接地電位又はゲート分配基板内を流
れる電気信号の基準電位に固定することを特徴とする。

【００３７】従って、電力変換ユニット内部に於いて、
ノイズの影響を受けやすい、高速スイッチング素子のゲ
ート信号における制御回路電圧を持つ電気的配線を含む
基板を電気的に遮蔽して、高電圧化が進む主回路のスイ
ッチングノイズから保護して信頼性を向上させる。

【００３８】請求項３に記載の本発明は、請求項１に記
載の電力変換装置において、パネルとシャーシとを絶縁
物を介し電気的に絶縁して構成することを特徴とする。

【００３９】従って、必要に応じてシャーシを主回路電
位に固定する場合や、シャーシの接地配線経路と、制御
回路の接地配線経路を分離する場合において、制御電位
のゲート信号の電気的配線を含む制御回路電圧を持つ基
板を絶縁して、高電圧の装置への適用を可能とする。

【００４０】請求項４に記載の本発明は、請求項１に記
載の電力変換装置において、パネルをシャーシの下方に
配置すると共に、パネルを電力変換ユニットの基台とし
て電力変換ユニットを収納する筐体と引き出し自在に連
結すると共に、パネルと筐体を電気的に接続して構成す
ることを特徴とする。

【００４１】従って、パネルを基台として電力変換ユニ
ットを保持すると共に、パネルを接地電位である筐体に
近接させて装置を小型化すると共に、制御電位のゲート
信号の電気的配線を含む制御回路電圧を持つ基板への電
気的配線をユニット主回路からできるだけ遠ざけて、主
回路のスイッチングノイズから保護して、装置の信頼性
を向上させる。

【００４２】請求項５に記載の本発明は、請求項１に記
載の電力変換装置において、高速スイッチング素子のそ
れぞれに対に備えかつ近傍に配置するゲート基板を、必
要な単位に一体化して構成することを特徴とする。

【００４３】従って、ゲート基板の取り付けを容易にし
て装置を低廉化し、保守性を向上させる。

【００４４】請求項６に記載の本発明は、請求項１に記
載の電力変換ユニットにおいて、高速スイッチング素子
のそれぞれに対に備えかつ近傍に配置するゲート基板
と、高速スイッチング素子の各相の主回路端子にそれぞ
れ接続され主回路電流を流す複数の主回路導体とを、物
理的に一体化して基板を構成することを特徴とする。

【００４５】従って、ゲート基板の取り付けを容易にし
て装置を低廉化し、保守性を向上させる。

【００４６】請求項７に記載の本発明は、請求項１に記
載の電力変換装置において、ゲート分配基板に備えた電
気信号端子における電線接続方向と、パネルの平板面が
垂直方向となるように配置すると共に、パネルの平板面
に電気信号端子の位置に対応する貫通穴を設け、電気信
号端子に接続する電線を、貫通穴を介して接続すること
を特徴とする。

【００４７】従って、制御電位のゲート信号の電気的配
線を含む制御回路電圧を持つ基板への電気的配線を、主
回路接続の集中する装置前方とは別の面から電力変換ユ
ニットに接続することを可能として、主回路のスイッチ
ングノイズから保護して、装置の信頼性を向上させる。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。

【００４９】図１は本発明の一実施形態に係る電力変換
装置における電力変換ユニットの具体的な構造を示す図
である。また、図３は本発明の一実施形態に係る電力変
換装置１と図１に示す電力変換ユニットをなす単位イン
バータユニット２０の物理的配置を示す図である。図３
において、単位インバータユニット２０は電力変換装置
１の上段に横に３個並べ、交流出力の各相をなして配置
している。

【００５０】図１において、３０は凝縮部３１と冷却ブ
ロック３２をＴ字状に組み合わせて構成した熱サイフォ
ン式冷却器である。冷却ブロック３２の向かい合う平板
面には、それぞれ２個の高速スイッチング素子９及び１
個の中性点クランプダイオード１３を横に並べて取り付
け、高速スイッチング素子９及び中性点クランプダイオ
ード１３を、大容量冷却器３０の下方に配置した平滑コ
ンデンサ１４と接続する主回路導体群１５を介して接続
して主回路を構成している。さらに、前記主回路を、鋼
板を方形に組み合わせて構成したユニットシャーシ３９
に収納すると共に、ユニットシャーシ３９の前面をなす
１面に絶縁ガイシ３３を介して主回路の入出力導体群１
６を備える。尚本図には表していないが、入出力導体群
１６は主回路導体１５と電気的に接続して、電力変換装
置のパワーモジュール８を構成している。

【００５１】本図に於いて、パワーモジュール８は高電
圧大容量の装置の主回路を構成するものであり、高速ス
イッチング素子９も高電圧大容量の性能をもつものが選
定されている。さらに、高速スイッチング素子９にはそ
れぞれにゲート基板２８を備える。

【００５２】図２は、高速スイッチング素子９とゲート
基板２８の詳細構成を示す図で、図１に記載のパワーモ
ジュール８において、パワーモジュール８の前方をなす
入出力導体群１６の取付面から見て、左奥に備えた高速
スイッチング素子９の部分の拡大図である。

【００５３】ゲート基板２８は、電気信号によるゲート
信号を与えるための電気信号端子３４と、光信号による
ゲート信号を受けるための光端子３５と、光信号を電気
信号に変換する光・電気変換回路３６とを備え、電気信
号端子３４と高速スイッチング素子９に備わるゲート端
子３８とを、ネジを介して接続している。

【００５４】図１において、ユニットシャーシ３９に
は、接地電位に電位固定したパネル４０が取り付けら
れ、ユニットシャーシ３９と同一の構造体として構成さ
れている。

【００５５】パネル４０には、光信号によるゲート信号
を与えるための光端子４１と、制御電位の電気信号によ
るゲート信号を受けるための電気信号端子４２と、電気
信号を光信号に変換する電気・光変換回路４３とを備え
るゲート分配基板２３を備え、ゲート基板２８に備えた
光端子３５と、ゲート分配基板２３に備えた光端子４１
とを光ケーブル４５で接続して、単位インバータユニッ
ト２０を構成している。なお、パネル４０は、上述のよ
うに接地電位に電位固定する代わりに、電気・光変換回
路４３内を流れる電気信号の基準電位に電位固定しても
よい。

【００５６】単位インバータユニット２０の内部におい
て、ゲート信号は、電気信号としてゲート分配基板２３
に備えた電気信号端子４２に与えられ、電気・光変換回
路４３を経て光信号に変換され、光端子４１から主回路
ノイズの発生源である高速スイッチング素子９、主回路
導体群１５、及びユニットシャーシ３９の近傍を光ケー
ブル４５によって接続することで、ゲート信号に対する
主回路ノイズの影響を排除しつつ、ゲート基板２８の光
端子３５に伝送され、光・電気変換回路３６を介して電
気信号に再変換され、電気信号端子３４と高速スイッチ
ング素子９のゲート端子３８の接続を介して、高速スイ
ッチング素子９に与えられる。

【００５７】光ケーブル４５は、単位インバータユニッ
ト２０の内部で完結しているため、単位インバータユニ
ット２０の組み込み、取り外しにおいて光ケーブル４５
に人為的なストレスを与えないため、物理的な応力や、
受光面の汚れに弱い光ケーブルを保護して信頼性を向上
させる。更に電力変換ユニットの奥行き方向に向かって
高速スイッチング素子９を配置することを可能として、
電力変換装置の横方向の寸法を縮小して市場ニーズに答
える。

【００５８】図１において、ゲート分配基板２３の４角
のうち３つの角に設けた絶縁スタッドと、残りの１角に
設けた導電性スタッド４８とを介してパワーモジュール
８とゲート分配基板２３との間の空間に、導電性の金属
から成る遮蔽板４７を設けている。

【００５９】ゲート分配基板２３の導電性スタッド４８
取付部には、遮蔽板４７の電位を接地電位に電位固定す
るためのパターンが施されている。なお、必要に応じゲ
ート分配基板２３内を流れる電気信号の基準電位に電位
固定してもよい。

【００６０】制御回路電位であって、主回路ノイズに影
響を受けやすいゲート分配基板２３の電気信号端子４２
および電気・光変換回路４３を遮蔽板４７によって、主
回路ノイズの発生源である高速スイッチング素子９、主
回路導体群１５、及びユニットシャーシ３９と電気的に
遮蔽することで、高電圧化が進む主回路のスイッチング
ノイズから保護して信頼性を向上させることを可能とす
る。

【００６１】図１において、パネル４０は絶縁ガイシ３
３を介しユニットシャーシ３９と電気的に絶縁すると共
に、ユニットシャーシ３９を接地電位から絶縁し、直流
主回路の中点電位に固定することで電気部品の定格絶縁
電圧を下げまた、パワーモジュール８内部の絶縁距離を
小さくして、パワーモジュール８の小型化を可能とす
る。また他方、必要によりユニットシャーシ３９の接地
配線経路と、制御回路の接地配線経路を分離することも
可能となる。

【００６２】また、上述のような場合において、低圧の
制御回路電位を含むゲート分配基板２３をユニットシャ
ーシ３９から絶縁して、高電圧の装置への適用を可能と
する。

【００６３】図１及び図３において、パネル４０はＵ字
状の形状を持ち、パワーモジュール８の下方に配置し、
ゲート分配基板２３を取り付けた平面を上方に向けると
ともに、側面となる平面を下側に向けて、制御回路電位
であって、主回路ノイズに影響を受けやすいゲート分配
基板２３と、電力変換装置１の下方に配置したゲートコ
ントロール基板３とを接続して、ゲート信号における制
御電位の電気信号を伝送するケーブルを主回路電位から
遮蔽するとともに、パネル４０の側面となる平面に、単
位インバータユニット２０を引き出し自在に収納し固定
する金属製のスライドレール４９を備える。

【００６４】さらに、図３に示すように、スライドレー
ルの固定端を電力変換装置１のフレーム２に固定し、単
位インバータユニット２０を物理的に保持するととも
に、パネル４０を金属製のスライドレール４９を介して
接地電位であるフレーム２に電位固定している。

【００６５】図４は、本発明の他の実施形態としての、
高速スイッチング素子９とゲート基板２８の詳細構成を
示す図である。図４において、光・電気変換一体基板５
０は、前述の高速スイッチング素子９にそれぞれ対にし
て設けたゲート基板２８のうち、大容量冷却器３０の冷
却ブロック３２の平板面を共有する２個の高速スイッチ
ング素子９と対になるゲート基板２８を物理的に一体に
して基板化して構成している。

【００６６】すなわち、１個の基板に、２組の光・電気
変換回路３６、光端子３５、電気信号端子３４を備えて
いる。このとき、電気信号端子３４は、対となる高速ス
イッチング素子９のゲート端子１７の近傍となる位置に
配置している。

【００６７】光・電気変換一体基板５０は、主回路導体
群１５に絶縁スタッド４６を介して必要な絶縁距離を確
保して固定されている。また、電気信号端子３４と高速
スイッチング素子９のゲート端子１７は高速スイッチン
グ素子９のエミッタ電位とゲート電位をツイストペアし
た電線で接続している。

【００６８】これにより、ゲート基板２８の数量を削減
すると共に取り付けを容易にして装置を低廉化し、保守
性を向上させている。

【００６９】図５は、本発明のさらに他の実施形態とし
ての、高速スイッチング素子９とゲート基板２８及び主
回路導体群１５の詳細構成を示す図である。

【００７０】図５において、光・電気変換一体基板５０
に搭載される２組の光・電気変換回路３６、光端子３
５、電気信号端子３４を、それぞれ対となる高速スイッ
チング素子９のゲート端子１７の近傍となる位置に寄せ
て配置するとともに、光・電気変換一体基板５０の中央
部を主回路導体群１５に直接載せ、主回路導体群１５の
うち光・電気変換一体基板５０と接触する範囲を、光・
電気変換一体基板５０と一緒に絶縁性の樹脂で、固めて
一体化している。

【００７１】これにより、ゲート基板２８及び主回路導
体群１５の取り付けを容易にして装置を低廉化し、保守
性を向上させている。

【００７２】また、図１において、ゲート分配基板２３
に搭載する電気信号端子４２は、電線の接続を容易にす
るためにコネクタを用いている。このコネクタはゲート
分配基板２３の平面と垂直に抜き差しする方向に取り付
けるとともに、パネル４０と正対する方向に取り付けて
いる。パネル４０の平面部には、ゲート分配基板２３の
電気信号端子４２を抜き差しするための穴を設け、筐体
側から供給されるゲート信号における制御電位の電気信
号を伝送するためのゲートケーブル５１を貫通させて接
続している。

【００７３】これにより、ゲートケーブル５１を、入出
力導体群１６及び本図には描かれない主回路の入出力電
線が集中する単位インバータユニット２０の前方を避け
て接続することを可能とし、主回路のスイッチングノイ
ズから保護して、装置の信頼性を向上させる。

【００７４】

【発明の効果】本発明の電力変換装置によれば、電力変
換ユニット内部に於いて、ノイズの影響を受けやすい高
速スイッチング素子のゲート信号の電気的配線長を短く
して、高電圧化が進む主回路のスイッチングノイズから
保護して信頼性を向上させると共に、光ケーブルを物理
的構成の等しい複数のユニットに用いることで同一長さ
の光ケーブルを多く使用し、量産効果による低廉化と、
輸送や保守における光ケーブルの取り外しや再配線を無
くすことによる信頼性の向上を併せ持つことを可能とす
る。

【００７５】さらに必要に応じてシャーシを主回路電位
に固定する場合や、シャーシの接地配線経路と、制御回
路の接地配線経路を分離する場合において、制御電位の
ゲート信号の電気的配線を含む制御回路電圧を持つ基板
を絶縁して、高電圧の装置への適用を可能とする。

【００７６】また、パネルを基台として電力変換ユニッ
トを保持すると共に、パネルを接地電位である筐体に近
接させて装置を小型化すると共に、制御電位のゲート信
号の電気的配線を含む制御回路電圧を持つ基板への電気
的配線をユニット主回路からできるだけ遠ざけて、主回
路のスイッチングノイズから保護して、装置の信頼性を
向上させる。

【００７７】さらにゲート基板の取り付けを容易にして
装置を低廉化し、保守性を向上させる。

【００７８】さらに制御電位のゲート信号の電気的配線
を含む制御回路電圧を持つ基板への電気的配線を、主回
路接続の集中する装置前方とは別の面から電力変換ユニ
ットに接続することを可能として、主回路のスイッチン
グノイズから保護して、装置の信頼性を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る電力変換装置にお
ける電力変換ユニットの具体的な構造を示す斜視図。

【図２】 本発明の一実施形態における高速スイッチ
ング素子とゲート基板の詳細構成を示す斜視図。

【図３】 本発明の一実施形態に係る電力変換装置と単
位インバータの物理的配置を示す図。

【図４】 本発明の他の実施形態における高速スイッチ
ング素子とゲート基板の詳細構成を示す斜視図。

【図５】 本発明のさらに他の実施形態における高速ス
イッチング素子とゲート基板及び主回路導体群の詳細構
成を示す斜視図。

【図６】 従来の電力変換装置の構成例を示す正面図。

【図７】 従来の電力変換装置に収納される単位インバ
ータユニットの構成を示す図で、（ａ）は正面図、
（ｂ）は右側面図。

【図８】 従来の電力変換装置の他の構成例を示す正面
図。

【図９】 従来の電力変換装置におけるインバータユニ
ットの構成例を示す斜視図。

【符号の説明】

１…電力変換装置 ２…フレーム ３…ゲートコントロール基板 ８…パワーモジュール ９…高速スイッチング素子 １０…光コネクタ １１…光ケーブル １２…ツイストペア電線 １３…中性点クランプダイオード １４…平滑コンデンサ １５…主回路導体群 １６…入出力導体群 １７…ゲート端子 ２０…単位インバータユニット ２１…インバータ収納盤 ２２…制御盤 ２３…ゲート分配基板 ２４…ゲートコントロール基板 ２５…光信号分配基板 ２６…信号ケーブル ２７…インバータユニット ２８…ゲート基板 ２９…冷却フィン ３０…大容量冷却器 ３１…凝縮部 ３２…冷却ブロック ３３…絶縁ガイシ ３４…電気信号端子 ３５…光端子 ３６…光・電気変換回路 ３８…導体群 ３９…ユニットシャーシ ４０…パネル ４１…光端子 ４２…電気信号端子 ４３…電気・光変換回路 ４５…光ケーブル ４６…絶縁スタッド ４７…遮蔽板 ４８…導電性スタッド ４９…スライドレール ５０…光・電気変換一体基板 ５１…ゲートケーブル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筐体に収納した複数個の電力変換ユニット
   と、コントロール基板とを有する電力変換装置に於い
   て、 前記電力変換ユニットは、 複数の高速スイッチング素子と、 前記複数の高速スイッチング素子のそれぞれに対に備え
   かつ近傍に配置したゲート基板を備えて構成するパワー
   モジュールと、 前記パワーモジュールを収納するシャーシと、 前記シャーシの近傍に配置し前記シャーシと同一の構造
   体として構成した電気的に接地電位又は所定の基準電位
   に固定されたパネルと、 前記パネルに取り付けられたゲート分配基板とを備え、 前記ゲート基板には前記高速スイッチング素子に電気信
   号によるゲート信号を与えるための電気信号端子と、光
   信号によるゲート信号を受けるための光端子と、光信号
   を電気信号に変換する光・電気変換回路とを備え、 前記ゲート分配基板には、前記コントロール基板と接続
   して電気信号を受ける電気信号端子と、光信号によるゲ
   ート信号を発信するための光端子と、電気信号を光信号
   に変換する電気・光変換回路とを備え、 前記複数のゲート基板の光端子と前記ゲート分配基板の
   光端子とを、光ケーブルを用いて接続することを特徴と
   する電力変換装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記パワーモジュールと前記ゲート分配基板とを遮蔽す
   る導電性の金属から成る遮蔽板を備え、前記遮蔽板の電
   位を接地電位又は前記ゲート分配基板内を流れる電気信
   号の基準電位に固定することを特徴とする電力変換装
   置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記パネルと前記シャーシとを絶縁物を介し電気的に絶
   縁して構成することを特徴とする電力変換装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記パネルを前記シャーシの下方に配置すると共に、前
   記パネルを前記電力変換ユニットの基台として前記電力
   変換ユニットを収納する筐体と引き出し自在に連結する
   と共に、前記パネルと前記筐体を電気的に接続して構成
   することを特徴とする電力変換装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記高速スイッチング素子のそれぞれに対に備えかつ近
   傍に配置する前記ゲート基板を、必要な単位に一体化し
   て構成することを特徴とする電力変換装置。
6. 【請求項６】請求項１に記載の電力変換ユニットにおい
   て、前記高速スイッチング素子のそれぞれに対に備えか
   つ近傍に配置する前記ゲート基板と、前記高速スイッチ
   ング素子の各相の主回路端子にそれぞれ接続され主回路
   電流を流す複数の主回路導体とを、物理的に一体化して
   基板を構成することを特徴とする電力変換装置。
7. 【請求項７】請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記ゲート分配基板に備えた電気信号端子における電線
   接続方向と、前記パネルの平板面が垂直方向となるよう
   に配置すると共に、前記パネルの平板面に前記電気信号
   端子の位置に対応する貫通穴を設け、前記電気信号端子
   に接続する電線を、前記貫通穴を介して接続することを
   特徴とする電力変換装置。